Polymérisation de l'ε-caprolactone en extrudeuse : études cinétiques et rhéologiques en vue du contrôle du procédé

par Jérôme Gimenez

Thèse de doctorat en Sciences

Sous la direction de Alain Michel.

Soutenue en 1999

à Lyon 1 .

Le jury était composé de Alain Michel.

mots clés

• Rhéologie
• Extrusion (mécanique)
• Poly (epsilon-caprolactone)
• Polymérisation par ouverture de cycle

Résumé

Cette etude vise a elaborer un procede de polymerisation en extrudeuse de l'-caprolactone amorcee par le tetrapropylorthotitanate. - l'etude cinetique-chimique a apporte des precisions sur le mecanisme de polymerisation controlee. Les chaines polycaprolactones (pcl) croissent a partir des liaisons titanates donnant les structures lineaires et en etoile en fonction du nombre de sites actifs de l'amorceur. L'hydrolyse des liaisons titanates conduit a une pcl lineaire hydroxylee en fin de chaine et a des nanoclusters organique-inorganique. Les lois cinetiques etablies donnent les conditions experimentales adequates pour obtenir des cinetiques compatibles avec les temps de sejour en extrudeuse. L'etude viscoelastique a apporte des informations sur la structure de la pcl avant hydrolyse des liaisons titanates. En utilisant les concepts de la dynamique moleculaire appliques a la rheologie inverse, il a ete montre que la pcl est constituee de 85% de chaines lineaires produites par un amorceur mono fonctionnel. Le reste est constitue en majorite de chaines lineaires produites par un amorceur bi fonctionnel et de structures en etoile. Des lois de rheologie evolutive predisant les variations de *, g et g en fonction des conditions de polymerisation ont etes developpes. - un procede de controle en ligne de la polymerisation en extrudeuse a ete developpe grace a l'utilisation d'une filiere rheometre donnant en temps reel le gradient de pression p. Les modeles rheologiques couples aux equations des ecoulements en filiere et a celles de la dynamique du procede obtenues par mesure de la distribution des temps de sejour, ont permis de correler p a la concentration en amorceur io du melange reactif. Le controle du procede a ete aborde par une commande controle a modele interne, choisie a cause du temps de reponse long lie a la dynamique meme du procede. Les simulations donnent de bons resultats demontrant la validite de notre approche.

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